CN105027354B - 天线系统、小基站、终端和隔离两个天线的方法 - Google Patents

天线系统、小基站、终端和隔离两个天线的方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种天线系统，包括两个天线、微波传输线和主板。两个天线的接地端分别耦合至微波传输线的内导体，微波传输线的外导体耦合至主板的安全地。采用本发明的天线系统，不影响天线原始的辐射方向图。另外，还提供了包含该天线系统的小基站和终端、以及隔离两个天线的方法。

Description

天线系统、小基站、终端和隔离两个天线的方法
技术领域
本发明涉及天线领域，特别涉及一种天线系统、小基站、终端及隔离两个天线的方法。
背景技术
随着智能手机和移动互联网业务的快速发展，运营商的网络将面临越来越大的容量压力，室内和热点区域业务的比重增长迅速，网络热点和盲点亟须灵活的部署方案来完善覆盖。小基站（Small Cell）可以增加网络容量，有效应对日益激增的网络流量，提高宏基站边缘覆盖区域的用户上网速率；也能适应各种回传网络，部署灵活快捷；还能与无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）有机互补与融合，为用户带来最佳的移动宽带体验。小基站区别于宏基站的基站形态，在用户数、发射功率、体积、重量等规格都较宏基站小。
室内小基站产品越来越多使用内置天线，并且随着长期演进（Long TermEvolution，LTE）技术的发展，需要采用多天线技术来实现高速率。为了保证空口速率，两个天线之间的隔离度是一个重要的指标。传统天线设计方案是需要将两天线之间的空间距离尽量远的隔开来实现高隔离度。但是随着基站的小型化，两天线之间不可能距离较大的空间。
图1所示为现有技术的天线系统100的示意图。天线系统100采用金属导电引线112将天线104_A的辐射贴片元件106_A和天线104_B的辐射贴片元件106_B直接短接来提高天线间隔离度。然而，由于天线的辐射空间增加了一个连接线，会改变天线原始的辐射方向图。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种天线系统、小基站、终端及隔离两个天线的方法，不影响天线原始的辐射方向图。
第一方面，提供了一种天线系统，包括：两个天线，每个天线包括接地端和辐射贴片元件，辐射贴片元件用于决定天线的谐振频率；用于耦合两个天线的微波传输线，微波传输线包括内导体和外导体；及主板，主板包括安全地；其中，两个天线的接地端分别耦合至微波传输线的内导体，微波传输线的外导体耦合至主板的安全地。
第二发面，提供了一种小基站，包括：基带单元，用于调制基带信号；射频拉远单元，用于将调制后的基带信号转换至射频信号；及第一方面所述的天线系统，用于发送该射频信号。
第三方面，提供了一种终端，包括：信号处理单元，用于处理信号；及第一方面所述的天线系统，用于发送处理后的信号。
第四方面，提供了一种隔离两个天线的方法，包括：将两个天线的接地端分别耦合至微波传输线的内导体；及将微波传输线的外导体耦合至主板的安全地。
通过上述方案，由于微波传输线的外导体耦合至主板的安全地，微波传输线不影响天线系统的辐射空间。因此，不影响天线原始的辐射方向图。此外，当两个天线的接地端分别耦合至微波传输线的内导体，微波传输线的外导体耦合至主板的安全地时，提高了两个天线之间的隔离度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。
图1所示为现有技术的天线系统的示意图；
图2所示为根据本发明一个实施例的天线系统的示意图；
图3所示为根据本发明一个实施例的微波传输线轴向方向中心附近的地电流的波形示意图；
图4所示为根据本发明一个实施例的天线系统的另一示意图；
图5所示为根据本发明一个实施例的小基站；
图6所示为根据本发明一个实施例的终端；及
图7所示为根据本发明一个实施例的隔离两个天线的方法的流程图。
具体实施方式
使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图2所示为根据本发明一个实施例的天线系统200的示意图。在图2所示的实施例中，天线系统200包括主板202和两个天线204_A和204_B。主板202包括但不限于印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）和金属板。在图2所示的实施例中，主板202为PCB。每个天线包括辐射贴片元件（如辐射贴片元件206_A和206_B），以及耦合至辐射贴片元件的接地端（如接地端208_A和208_B）和馈电端（如馈电端210_A和210_B）。辐射贴片元件206_A（或206_B）用于决定天线204_A（或204_B）的谐振频率。例如，辐射贴片元件206_A（或206_B）的长度和宽度决定天线204_A（或204_B）期望的谐振频率，且辐射贴片元件的长度和宽度之和大约是四分之一波长，从而使得天线实现四分之一波长的长度谐振，减小天线的尺寸。天线204_A和204_B包括但不限于平面倒F天线（Planar Inverted-F Antenna，PIFA）和圆环（Loop）天线。在图2所示的实施例中，天线204_A和204_B为两个PIFA天线。
在一个实施例中，天线系统200还包括微波传输线212。优选地，微波传输线的长度L为微波传输线的半波长的奇数倍。其中，微波传输线的半波长取决于微波传输线的工作角频率、单位长度电感或单位长度电容等参数。微波传输线212包括内导体和外导体，两个天线的接地端分别耦合至微波传输线212的内导体，且微波传输线212的外导体耦合至主板202的安全地GND（或称大地，Ground）。微波传输线212包括但不限于同轴线、微带线和带状线。
在图2所示的实施例中，微波传输线212为同轴线。同轴线包括同轴的内芯214和网状导电体218。微波传输线212的内导体包括同轴线的导电内芯214，微波传输线的外导体包括同轴线的网状导电体218。如图2所示，天线204_A的接地端208_A和天线204_B的接地端208_B分别耦合至同轴线212的导电内芯214，且同轴线212的网状导电体218耦合至主板202的安全地GND。
在另一个实施例中，微波传输线212为微带线。微带线包括接地层和表面的带线。微波传输线212的内导体包括微带线的带线，微波传输线的外导体包括微带线的接地层。天线204_A的接地端208_A和天线204_B的接地端208_B分别耦合至微带线表面的带线，且微带线的接地层耦合至主板202的安全地GND。
在又一个实施例中，微波传输线212为带状线。带状线包括接地层和内部的带线。微波传输线212的内导体包括带状线的带线，微波传输线的外导体包括带状线的接地层。天线204_A的接地端208_A和天线204_B的接地端208_B分别耦合至带状线内部的带线，且带状线的接地层耦合至主板202的安全地GND。
由于微波传输线212的外导体耦合至主板202的安全地GND，微波传输线212不影响天线系统200的辐射空间。因此，不影响天线原始的辐射方向图。
优选地，微波传输线212的外导体的两端都焊接至主板202的安全地GND。此时，微波传输线212只占据天线系统200的二维空间，还提高了天线系统200整机结构的可实现性。
图3所示为根据本发明一个实施例的微波传输线（如，同轴线212）轴向方向中心附近的地电流波形示意图300。图3将结合图2进行描述。
举例来说，当天线204_A辐射信号时，天线204_A产生地电流IA。由于天线204_A的接地端208_A和天线204_B的接地端208_B耦合至同轴线212的导电内芯214，地电流IA依次通过天线204_A的接地端208_A、同轴线212的导电内芯214和天线204_B的接地端208_B，流至天线204_B。另一方面，天线204_A辐射信号的行为激发PCB202靠近天线204_A的一侧产生地电流IPCB。由于同轴线212的网状导电体218耦合至PCB202的安全地，地电流IPCB通过同轴线212的网状导电体218，从PCB202靠近天线204_A的一侧流至PCB202靠近天线204_B的一侧。此外，天线204_A辐射信号的行为还激发了天线204_B产生地电流IB，地电流IB依次通过天线204_B的接地端208_B、同轴线212的导电内芯214和天线204_A的接地端208_A，流至天线204_A。
当天线204_A的接地端208_A和天线204_B的接地端208_B分别耦合至同轴线212的导电内芯214，同轴线212的网状导电体218耦合至PCB202的安全地GND时，由于同轴线212的网状导电体218和导电内芯214存在固定的相位差180度，因此，如图3所示，地电流IA与地电流IPCB的相位相差180度。地电流IA被地电流IPCB部分抵消，从而天线204_B较少受地电流IA的激发而辐射信号，提高了天线204_A和天线204_B之间的隔离度。
优选地，如图3所示，同轴线212的长度L符合L=（2n+1）*λ/2，其中，n表示任意正整数，λ/2表示同轴线212的半波长。也就是说，同轴线212的长度L为同轴线212的半波长的奇数倍。当同轴线212的长度L为同轴线212的半波长的奇数倍时，在同轴线212轴向方向的中心附近，地电流IA和地电流IB的相位相差180度。因此，地电流IA又被地电流IB抵消，进一步提高了天线204_A和天线204_B之间的隔离度。举例来说，采用天线系统200，在PIFA天线的频带内（2.05GHz至2.15GHz），PIFA天线204_A和PIFA天线204_B之间的隔离度可从17dB左右提高至27dB左右。
当天线系统200采用微带线或带状线作为微波传输线212来耦合两个天线的接地端时，天线204_A的地电流IA以相同的原理与天线204_B的地电流IB以及PCB的地电流IPCB互相抵消，在此不再赘述。
本发明实施例中提供的天线系统200可以并不限于两个天线，天线系统200可包括其他数目的天线。当天线系统200包括两个以上的天线时，可根据实际需求，将天线系统200中任意两个天线的接地端分别耦合至微波传输线212的内导体，且微波传输线212的外导体耦合至主板202的安全地GND。
例如，在图4所示的实施例中，天线系统200包括四个天线204_C、204_D、204_E和204_F。图4所示为根据本发明一个实施例的天线系统200的示意图400。图4将结合图2进行描述。四个天线204_C、204_D、204_E和204_F分别具有接地端208_C、208_D、208_E和208_F。例如，可根据实际需求，将天线204_C的接地端208_C和天线204_D的接地端208_D分别耦合至微波传输线212_CD的内导体，和/或将天线204_C的接地端208_C和天线204_E的接地端208_E分别耦合至微波传输线212_CE的内导体，和/或将天线204_C的接地端208_C和天线204F的接地端208_F分别耦合至微波传输线212_CF的内导体，和/或将天线204_D的接地端208_D和天线204_E的接地端208_E分别耦合至微波传输线212_DE的内导体，和/或将天线204_D的接地端208_D和天线204F的接地端208_F分别耦合至微波传输线212_DF的内导体，和/或将天线204_E的接地端208_E和天线204F的接地端208_F分别耦合至微波传输线212_EF的内导体，且微波传输线212_CD和/或212_CE和/或212_CF和/或212_DE和/或212_DF和/或212_EF的外导体耦合至主板202的安全地GND。
在本发明实施例提供的天线系统200中，当天线系统200包含的天线数目大于四个，例如八个或更多时，所述多个天线之间的隔离方式可以参考图4所述实施例中的隔离方式，根据实际需求，将天线系统200中任意两个天线的接地端分别耦合至微波传输线212的内导体，且微波传输线212的外导体耦合至主板202的安全地GND。
图5所示为根据本发明一个实施例的小基站500的示意图。图5将结合图2至图4进行描述。标号相同的部件具有相同的功能。在一个实施例中，小基站500包括基带单元502（BaseBand Unit，BBU）、射频拉远单元504（Radio Remote Unit，RRU）以及天线系统200。BBU502和RRU504通过光纤连接。RRU504通过馈线连接至天线系统200中天线的馈电端，例如：天线204_A的馈电端210_A和天线204_B的馈电端210_B。BBU502用于调制基带信号，并将调制后的基带信号提供给RRU504。RRU504将调制后的基带信号转换至射频信号。天线系统200用于发送该射频信号。此外，天线系统200还可用于接收终端、宏基站、中继站、家庭基站或其他小基站等可通过空口进行通信的设备所发送的信号。
图6所示为根据本发明一个实施例的终端600的示意图。图6将结合图2至图4进行描述。标号相同的部件具有相同的功能。在一个实施例中，终端600包括信号处理单元602和天线系统200。信号处理单元602用于处理各种信号，所述信号处理单元602可以为处理器。当终端600需要将处理后的信号发送至小基站、宏基站、中继站、家庭基站或其他终端等可通过空口进行通信的设备时，天线系统200发送该信号。此外，天线系统200还可用于接收小基站、宏基站、中继站、家庭基站或其他终端等可通过空口进行通信的设备所发送的信号。
然而，本发明实施例中的天线系统并不限于小基站类产品和终端类产品，可根据实际需求应用到其他使用天线系统的产品中。
图7所示为根据本发明一个实施例的隔离两个天线的方法的流程图700。图7将结合图2至图6进行描述。尽管图7公开了某些特定的步骤，但这些步骤仅仅作为示例。本发明同样适用于图7所示步骤的变形或其他步骤。
在步骤702中，将两个天线的接地端分别耦合至微波传输线的内导体。优选地，微波传输线的长度为微波传输线的半波长的奇数倍。天线包括但不限于PIFA天线和圆环天线。
在步骤704中，将微波传输线的外导体耦合至主板的安全地。主板包括但不限于PCB和金属板。优选地，将微波传输线的外导体的两端都焊接至主板的安全地。
例如，在一个实施例中，微波传输线包括同轴线，步骤702进一步包括：将两个天线的接地端分别耦合至同轴线的导电内芯；步骤704进一步包括：将同轴线的网状导电体耦合至主板的安全地。
在另一个实施例中，微波传输线包括微带线，步骤702进一步包括：将两个天线的接地端分别耦合至微带线的带线；步骤704进一步包括：将微带线的接地层耦合至主板的安全地。
在又一个实施例中，微波传输线包括带状线，步骤702进一步包括：将两个天线的接地端分别耦合至带状线的带线；步骤704进一步包括：将带状线的接地层耦合至主板的安全地。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种天线系统，其特征在于，包括：
两个天线，每个所述天线包括接地端和辐射贴片元件，所述辐射贴片元件用于决定所述天线的谐振频率；
用于耦合所述两个天线的微波传输线，所述微波传输线包括内导体和外导体；及
主板，所述主板包括安全地；
其中，所述两个天线的接地端分别耦合至所述微波传输线的内导体，所述微波传输线的外导体耦合至所述主板的安全地。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述微波传输线的长度为所述微波传输线的半波长的奇数倍。
3.根据权利要求1或2所述的天线系统，其特征在于，所述微波传输线的外导体的两端都焊接至所述主板的安全地。
4.根据权利要求1或2所述的天线系统，其特征在于，所述微波传输线包括同轴线，所述微波传输线的内导体包括所述同轴线的导电内芯，所述微波传输线的外导体包括所述同轴线的网状导电体。
5.根据权利要求1或2所述的天线系统，其特征在于，所述微波传输线包括微带线，所述微波传输线的内导体包括所述微带线的带线，所述微波传输线的外导体包括所述微带线的接地层。
6.根据权利要求1或2所述的天线系统，其特征在于，所述微波传输线包括带状线，所述微波传输线的内导体包括所述带状线的带线，所述微波传输线的外导体包括所述带状线的接地层。
7.根据权利要求1或2所述的天线系统，其特征在于，所述天线包括平面倒F天线和圆环天线。
8.根据权利要求1或2所述的天线系统，其特征在于，所述主板包括印刷电路板和金属板。
9.一种小基站，其特征在于，包括：
基带单元，用于调制基带信号；
射频拉远单元，用于将调制后的基带信号转换至射频信号；及
权利要求1至8任一所述的天线系统，用于发送所述射频信号。
10.一种终端，其特征在于，包括：
信号处理单元，用于处理信号；及
权利要求1至8任一所述的天线系统，用于发送处理后的信号。
11.一种隔离两个天线的方法，每个所述天线包括接地端和辐射贴片元件，所述辐射贴片元件用于决定所述天线的谐振频率，其特征在于，所述方法包括：
将所述两个天线的接地端分别耦合至微波传输线的内导体；及
将微波传输线的外导体耦合至主板的安全地。
12.根据权利要求11所示的方法，其特征在于，所述微波传输线的长度为所述微波传输线的半波长的奇数倍。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述将微波传输线的外导体耦合至主板的安全地，包括：
将所述微波传输线的外导体的两端都焊接至所述主板的安全地。
14.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述微波传输线包括同轴线，所述将所述两个天线的接地端分别耦合至微波传输线的内导体，包括：
将所述两个天线的接地端分别耦合至所述同轴线的导电内芯，
所述将微波传输线的外导体耦合至主板的安全地，包括：
将所述同轴线的网状导电体耦合至主板的安全地。
15.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述微波传输线包括微带线，所述将所述两个天线的接地端分别耦合至微波传输线的内导体，包括：
将所述两个天线的接地端分别耦合至所述微带线的带线，
所述将微波传输线的外导体耦合至主板的安全地，包括：
将所述微带线的接地层耦合至主板的安全地。
16.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述微波传输线包括带状线，所述将所述两个天线的接地端分别耦合至微波传输线的内导体，包括：
将所述两个天线的接地端分别耦合至所述带状线的带线，
所述将微波传输线的外导体耦合至主板的安全地，包括：
将所述带状线的接地层耦合至主板的安全地。
17.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述天线包括平面倒F天线和圆环天线。
18.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述主板包括印刷电路板和金属板。
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